Reactor Server

从一个连接，理解服务器的运行方式。

功能速览 · 架构说明 · 快速开始 · 当前边界 · English

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一个基于 C++11、Linux Socket 和 epoll 实现的网络服务器学习项目。底层采用多线程 Reactor 模型，封装 TCP 连接、读写缓冲区、事件循环和时间轮定时器；上层提供 TCP Echo 与 HTTP 服务示例。

通过本项目可以了解从 Socket 通信到 HTTP 请求处理的实现过程，以及连接管理、跨线程任务调度和超时回收等网络编程机制。

功能速览

01 / 连接与事件 基于 epoll 管理就绪事件，主循环接收连接，子循环处理 I/O。

02 / 线程与时间 通过 eventfd 调度跨线程任务，通过 timerfd 和时间轮回收超时连接。

03 / 从 TCP 到 HTTP 提供 Echo 示例、HTTP 请求解析、业务路由和静态文件服务。

flowchart LR
    C[客户端] --> A[Acceptor / 主 EventLoop]
    A --> P[LoopThreadPool]
    P --> E1[子 EventLoop]
    P --> E2[子 EventLoop]
    E1 --> IO[Poller / Channel / Connection]
    E2 --> IO
    IO --> B[输入 / 输出 Buffer]
    B --> H[Echo 回调 / HTTP 处理]

Loading

这是 Linux 网络编程学习项目，提供 TCP Echo 与基础 HTTP 服务示例。HTTP 协议支持范围和连接处理限制详见下文，不包含并发性能基准承诺。

功能概览

TCP 网络层

• Socket 封装：提供监听、连接、收发数据及非阻塞设置等接口。
• 读写缓冲区：通过读写偏移管理数据，支持空间整理、扩容和按行读取。
• epoll 事件分发：使用 Channel 管理文件描述符及回调，使用 Poller 监听就绪事件。
• 多线程 Reactor：主事件循环负责接收连接，子事件循环按轮询方式分配连接并处理 I/O。
• 跨线程任务调度：通过任务队列与 eventfd 唤醒事件循环，在所属线程中执行操作。
• 时间轮定时器：使用 timerfd 按秒驱动，支持定时任务添加、刷新和取消，以及非活跃连接回收。
• 连接上下文与回调：支持保存协议上下文，注册连接建立、消息到达和连接关闭等业务回调。

HTTP 应用层

• 分阶段解析请求行、请求头和基于 Content-Length 的请求正文。
• 解析 URL 路径与查询参数，提供 URL 编解码工具。
• 提供 GET、POST、PUT、DELETE 路由注册接口，使用正则表达式匹配路径。
• 提供静态文件服务、默认首页和按扩展名设置 MIME 类型的能力。
• 封装响应状态码、响应头、正文和重定向。
• 提供显式 Connection: keep-alive 的连接复用机制和默认 10 秒的非活跃连接回收。

架构说明

客户端
  │
  ▼
Acceptor / 主 EventLoop
  │ 接收新连接
  ▼
LoopThreadPool
  │ 轮询分配连接
  ├── 子 EventLoop ── Poller / Channel ── Connection
  ├── 子 EventLoop ── Poller / Channel ── Connection
  └── 子 EventLoop ── Poller / Channel ── Connection
                                            │
                                            ▼
                                    输入 / 输出 Buffer
                                            │
                                            ▼
                                  Echo 回调或 HTTP 处理

每个 EventLoop 都负责事件监听、就绪事件处理和待执行任务，也管理自己的时间轮。HTTP 层在连接上下文中保存解析状态，待请求接收完整后，再分发到静态资源处理逻辑或业务路由。

核心组件	作用
Buffer	管理接收与发送数据的缓冲区
Socket	封装 TCP Socket 操作
Channel	关联文件描述符、监听事件与回调
Poller	封装 epoll 事件监听
TimerTask / TimerWheel	管理定时任务与连接超时
EventLoop	驱动事件处理与任务执行
LoopThread / LoopThreadPool	管理子事件循环线程及连接分配
Connection / TcpServer	管理 TCP 连接生命周期与服务入口
HttpContext	保存 HTTP 请求解析进度
HttpRequest / HttpResponse / HttpServer	表示请求、构造响应和注册路由

目录结构

以下列出主要源码与资源文件：

my_server/
├── source/
│   ├── server.hpp              # TCP 网络库与 Reactor 核心实现
│   ├── echo/
│   │   ├── echo.hpp            # Echo 业务回调
│   │   ├── main.cc             # Echo 服务入口
│   │   └── makefile
│   └── http/
│       ├── http.hpp            # HTTP 解析、响应、路由与静态文件服务
│       ├── main.cc             # HTTP 服务入口与示例路由
│       ├── makefile
│       └── wwwroot/
│           ├── index.html     # 表单示例首页
│           └── 1234.txt       # 静态文件与上传示例目标
├── test/
│   ├── client1.cpp ~ client6.cpp
│   ├── hello.txt              # 上传测试数据
│   └── makefile
├── httpv1/                    # Buffer、Any、时间轮和正则解析等独立实验
├── README.md
└── README.en.md

主要服务入口位于 source/，httpv1/ 用于查看独立组件实验。仓库中也包含已编译程序，建议在自己的 Linux 环境中重新编译。

环境要求

• Linux：源码依赖 epoll、eventfd、timerfd 等 Linux 接口。
• GCC / g++ 与 GNU Make：主服务的 Makefile 使用 -std=c++11，并链接 pthread。
• 现代 libstdc++：公共头文件包含 <any>，需要工具链提供该头文件；网络层实际使用项目自定义的 Any 类。
• curl：用于 HTTP 示例验证。
• netcat（可选）：用于 Echo 示例验证。

Windows 用户需在安装了编译工具的 Linux WSL 发行版、Linux 虚拟机或 Linux 容器中执行下面的命令。

快速开始

1. 获取代码

git clone https://github.com/HandlerOne01/my_server.git
cd my_server

2. 编译并启动 HTTP 服务

在仓库根目录执行：

cd source/http
make -B
./main

-B 强制重新编译，避免直接使用仓库中已有的可执行文件。当前 HTTP 示例默认配置如下：

配置项	默认值	配置位置
监听地址	0.0.0.0	source/server.hpp 中的 Socket::CreateServer
监听端口	8085	source/http/main.cc
子事件循环线程数	3	source/http/main.cc
静态资源目录	./wwwroot/	source/http/main.cc 中的 WWWROOT
非活跃连接超时	10 秒	source/http/http.hpp 中的 DEFALT_TIMEOUT

请在 source/http 目录运行程序，静态资源路径相对于当前工作目录解析。启动后可以访问：

http://127.0.0.1:8085/

首页提供一个提交到 /login 的表单。使用 Ctrl+C 停止服务。

3. 验证 HTTP 接口

保持 HTTP 服务运行，在另一个终端执行：

# 获取首页
curl -i http://127.0.0.1:8085/

# GET：回显请求信息与查询参数
curl -i 'http://127.0.0.1:8085/hello?name=demo'

# POST：回显表单请求
curl -i --data 'username=demo&password=example' \
  http://127.0.0.1:8085/login

# 获取静态文本文件
curl -i http://127.0.0.1:8085/1234.txt

# 请求不存在的资源，查看 404 状态
curl -i http://127.0.0.1:8085/not-found

当前示例接口的实际行为：

方法	路径	行为
GET	/	返回 wwwroot/index.html
GET	/hello	回显请求方法、路径、协议版本、查询参数、请求头与正文
POST	/login	回显请求信息，不执行账号认证
GET	/1234.txt	返回静态文本文件
PUT	/1234.txt	将请求正文写入 wwwroot/1234.txt，覆盖原内容
DELETE	/1234.txt	回显请求信息，不执行文件删除

上传示例会覆盖 wwwroot/1234.txt，请先备份需要保留的内容：

curl -i -X PUT --data-binary 'hello from my_server' \
  http://127.0.0.1:8085/1234.txt

curl -i http://127.0.0.1:8085/1234.txt

4. 编译并启动 Echo 服务

先停止 HTTP 服务，再从仓库根目录执行：

cd source/echo
make -B
./main

Echo 示例同样监听 8085 端口，配置了 2 个子事件循环线程和 10 秒非活跃超时。收到数据后会回显，并在待发送数据处理完后关闭连接。

在另一个终端中使用 netcat 验证：

printf 'hello my_server\n' | nc 127.0.0.1 8085

HTTP 与 Echo 示例默认使用相同端口，单独运行每个示例进行验证；如需同时使用，请先修改其中一个服务的端口。

添加业务路由

在 source/http/main.cc 中，按照现有接口注册回调，并放在 server.Listen() 之前：

server.Get("/ping", [](const HttpRequest &req, HttpResponse *rsp) {
    rsp->SetContent("pong", "text/plain");
});

重新编译并启动后，可以请求：

curl -i http://127.0.0.1:8085/ping

路由采用 std::regex_match 进行完整路径匹配，并按注册顺序查找。GET 请求优先尝试静态文件处理，因此业务路径应避免与已有静态文件重名。查询参数通过 req.GetParam("参数名") 获取，请求正文通过 req._body 获取；正文的 JSON 或表单解析需要在业务回调中实现。

测试客户端

test/ 提供手动运行的场景测试客户端，默认连接 127.0.0.1:8085。运行前应先启动 HTTP 服务。

客户端	主要场景
client1	每 3 秒发送请求，观察长连接与活跃度刷新
client2	请求间隔 15 秒，观察默认 10 秒超时后的连接行为
client3	携带正文并连续发送请求，观察正文接收与请求边界处理
client4	创建 10 个子进程持续请求，观察多客户端处理；业务处理超时场景需另行加入慢回调
client5	一次发送 3 条 HTTP 请求，观察连续请求处理
client6	上传 hello.txt，观察正文传输与文件保存

从仓库根目录进入测试目录，按需编译运行：

cd test
make -B client1
./client1

make -B 默认只构建 client6；使用 make -B client2 等命令选择其他客户端。多数客户端会循环运行，或在预期断连后触发断言，需结合服务日志判断结果。

client6 会覆盖 HTTP 服务的 wwwroot/1234.txt，且使用 Connection: keep-alive。当前上传响应正文为空，没有显式的 Content-Length: 0；观察客户端输出时应同时核对文件内容，不能仅以客户端结束或输出作为上传成功的依据。

当前边界

本项目侧重网络编程机制的学习与实现，使用时应了解当前代码的边界：

• HTTP 解析面向基础 HTTP/1.0、HTTP/1.1 请求，正文按 Content-Length 接收，未实现 chunked 编码、HTTPS 或 HTTP/2。
• 当前请求头使用区分大小写的键查找，头部解析要求 Key: Value 格式；长连接需要显式发送 Connection: keep-alive。
• HEAD 复用 GET 的处理路径，响应生成尚未单独省略正文，不能视为完整的 HEAD 支持。
• SetContent 与响应生成逻辑使用的 Content-Type 键名大小写不同，动态响应可能出现重复 Content-Type 字段。
• 空正文响应没有统一补充 Content-Length: 0，长连接下的响应边界处理仍需完善。
• 文件读取、写入和业务回调在事件循环线程中同步执行，耗时业务会影响同一事件循环内其他连接的处理。
• 当前时间轮为 60 个槽、每秒推进一格，长延时任务需要进一步扩展或限制参数，不能直接按任意时长使用。
• 仓库提供场景测试源码，但未提供统一自动化测试入口或并发性能基准数据。

常见问题

编译时找不到 sys/epoll.h 等头文件

请确认在 Linux 环境编译；项目依赖 Linux 专用系统接口，不能直接使用 Windows 原生工具链构建。

编译时找不到 <any>，或实验中的 std::any 不可用

请使用提供 <any> 头文件的现代 GCC/libstdc++。主服务使用自定义 Any，而 httpv1/any.cpp 使用标准库 std::any，该实验需要以 C++17 编译。

启动时报端口绑定失败

检查 8085 是否被其他进程占用，并确认正在运行的是所需服务。端口可在各示例的 main.cc 中修改。

启动时静态目录断言失败，或页面资源无法访问

HTTP 服务使用相对路径 ./wwwroot/。请进入 source/http 后运行 ./main，或将 WWWROOT 改为实际存在的资源目录。

参与贡献

欢迎围绕协议解析、连接生命周期、异常处理和场景测试提出 Issue 或 Pull Request。提交修改时，请说明问题的复现方式、变更内容及实际验证结果。

许可证

当前仓库未提供 LICENSE 文件，具体使用和分发授权请与仓库作者确认。

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